1 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

PERFÍL DE OXIGENIO DISSOLVIDO – MODELO STREETER E PHELPS (1925)

Exercício extraído de: Ad’Água 2.0: sistema para simulação da autodepuração de cursos d’água: manual do

usuário. Santos, A. R. et.al Alegre ES. CAUFES, 2010

1. Calcular e plotar os perfis de OD para um

segmento retilíneo do Rio Turvo Sujo, que

passa pelo município de Viçosa –MG.

Características do Esgoto:

Vazão = Qe = 0,002m3/s

DBO5e = 10 000mg/l

ODe = 0,0mg/l

Características do Rio Turvo Sujo:

A jusante do ponto de lançamento o curso

d´água não apresenta outros lançamentos

significativos;

Vazão = Qr = 0,168m3/s;

Rio considerado limpo;

ODr = 6,8mg/l;

Classe do corpo d’água = Classe 2

Altitude 1000m

Temperatura da água = 25°C

Profundidade média = 1,0 m

Velocidade média = 0,35m/s

Valores típicos de k1 (base e, 20°C)

Característica/natureza do corpo aquático

k1 (dia-1)

Rios com águas limpas 0,09 – 0,21

Efluente secundário 0,12 – 0,24

Efluente primário 030 – 0,40

Esgoto de baixa concentração 0,30 – 0,40

Esgoto de alta concentração 0,35 – 0,45

Concentração de saturação de oxigênio (Cs) (mg/l)

Temperatura

(°C) Altitude (m)

0 500 1000 1500

10 11,3 10,7 10,1 9,5

11 11,1 10,5 9,9 9,3

12 10,8 10,2 9,7 9,1

13 10,6 10,0 9,5 8,9

14 10,4 9,8 9,3 8,7

15 10,2 9,7 9,1 8,6

16 10,0 9,5 8,9 8,4

17 9,7 9,2 8,7 8,2

18 9,5 9,0 8,5 8,0

19 9,4 8,9 8,4 7,9

20 9,2 8,7 8,2 7,7

21 9,0 8,5 8,0 7,6

22 8,8 8,3 7,9 7,4

23 8,7 8,2 7,8 7,3

24 8,5 8,1 7,6 7,2

25 8,4 8,0 7,5 7,1

26 8,2 7,8 7,3 6,9

27 8,1 7,7 7,2 6,8

28 7,9 7,5 7,1 6,6

29 7,8 7,4 7,0 6,6

30 7,6 7,2 6,8 6,4

Valores de ODmin de acordo com classe

Classe (águas doces) OD mg/l

Classe 1 6

Classe 2 5

Classe 3 4

Condições do Rio

DBO5 20º C a

25ºC, mg/L Aspecto estético

Muito Limpo 1 Bom

Limpo 2 Bom

Relat. limpo 3 Bom

Duvidoso 5 Turvo

Pobre 7,5 Turvo

Mau 10 Mau

Péssimo 20 Mau Jordão, P. E & Pessoa, A. C (2005).

2 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

CALCULAR:

Passo 1 – Demanda Bioquímica de Oxigênio do Rio

(DBOr)

Observação: Valor utilizado de acordo com as

características do rio.

Passo 2 – Coeficiente de desoxigenação (K1):

Observação: Valor de K1 - Tabela - Esgoto de alta

concentração.

Explicação: O coeficiente de desoxigenação (K1) é

um parâmetro que depende das características da

matéria orgânica, além de temperatura e da

presença de outras substâncias.

Passo 3 – Coeficiente de desoxigenação corrigido

(k1t):

K1T = K1(20°) . Ѳ(T-20°)

Em que:

K1T = K1 a uma temperatura T qualquer (d-1);

K1(20°) = K1 a uma temperatura T=20°C (d-1)

T = temperatura do líquido (°C);

Ѳ = coeficiente de temperatura (adimensional)

Um valor usualmente empregado de Ѳ é 1,047. Isso

significa que o valor de K1 aumenta 4,7 a cada

acréscimo de 1°C na temperatura da água.

Explicação: A temperatura tem grande influência no

metabolismo microbiano, afetando, por

conseguinte, as taxas de estabilização da matéria

orgânica.

Passo 4 – Coeficiente de reaeração (k2)

- profundidade do curso d’água H = 1,0m

- Velocidade do curso d’água v = 0,35m/s

- Logo a fórmula a ser utilizada é a de O’Connor e

Dobbins.

K2 = 3,73 . V0,5 . H-1,5

Explicação: O Coeficiente de reareação é

determinado através de diversos métodos.

Influenciados pelas características hidráulicas do

corpo d’água, vazão entre outros. O processo de

reaeração visa estabelecer o equilíbrio entre as

trocas gasosas em um sistema líquido coma

deficiência do gás dissolvido.

Passo 5 – Coeficiente de reaeração corrigido (K2T)

K2T = K2(20°) . Ѳ(T-20°)

Valor usualmente empregado de Ѳ é 1,024.

Explicação: A influência da temperatura pode se faz

em dois aspectos: Aumento da temperatura reduza

concentração de saturação do oxigênio no meio

líquido; Aumento da temperatura acelera os

processos de absorção do oxigênio (aumentando o

K2)

Passo 6 – Concentração de saturação de oxigênio

(Cs)

- temperatura da água: T= 25°C

- Altitude= 1000m

Tabela

Passo 7 – Oxigênio Dissolvido Mínimo Permissível

(ODmin)

- A partir da classe do corpo d’água temos o ODmin

Passo 8 – Concentração de Oxigênio da Mistura

(Co)

Co = __Qr . ODr + Qe . ODe_ =

Qr + Qe

Co = concentração inicial de oxigênio, logo após a

mistura (mg/l)

3 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

ODr = concentração de oxigênio dissolvido no rio, a

montante do lançamento dos despejos (mg/l);

Qr = vazão do rio a montante do lançamento dos

despejos (m3/s)

ODe= concentração de oxigênio dissolvido no

esgoto, a montante do lançamento dos despejos

(mg/l)

Vazão de esgotos (Qe);

Explicação: cálculo da concentração e déficit de

oxigênio no rio após a mistura com o despejo.

Passo 9 – Déficit de Oxigênio (Do)

Do = Cs – Co

Do = Déficit inicial de oxigênio, logo após a mistura

(mg/l)

Cs = concentração de saturação de oxigênio (mg/l)

Co = Concentração de oxigênio, logo após a mistura

(mg/l)

Explicação: cálculo da concentração e déficit de

oxigênio no rio após a mistura com o despejo

Passo 10 – Constante de transformação da DBO5 a

DBO última (Kt)

KT = __DBOu__ = ___1___

DBO5 1 – e-5k

DBO5 = Concentração de DBO5, logo após a mistura

(mg/l);

L0 = DBOu =Demanda última de oxigênio, logo após

a mistura;

DBOe = Concentração de DBO5, do esgoto (mg/l);

KT = constante para transformação da DBO5 a DBO

última

Explicação: Cálculo da DBO5 e da demanda última

no rio após a mistura com o despejo

Passo 11 – Concentração de DBO5, logo após a

mistura (DBO5o)

DBO5o = __Qr . DBOr + Qe . DBOe__

Qr + Qe

Explicação: Cálculo da DBO5 e da demanda última

no rio após a mistura com o despejo

Passo 12 – Demanda última de oxigênio, logo após

a mistura (Lo)

L0 = DBO50 . KT

Passo 13 – Tempo crítico (tc)

K x

K - K xD -1 x

K

Kln x

K K

1

1 0

120

1

2

12

LtC

Explicação: Cálculo do tempo crítico (tempo onde ocorre

a concentração mínima de oxigênio dissolvido)

Passo 14 – Distância Crítica (dc)

dc = tc . v . 86400

Explicação: distância em que uma partícula gasta

para percorrer determinado trecho em função do

tempo e da velocidade a ser vencida. Depende do

regime hidráulico do corpo d’água.

Passo 15 – Déficit Critico (Dc)

ct

CD.K-

0

2

1 1e x L x K

K

Passo 16 – Concentração Crítica de Oxigênio

dissolvido (Cc)

Cc = Cs – Dc

Explicação: Cálculo do déficit crítico e da

concentração crítica de oxigênio. Ao longo da curva

4 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

de OD, um ponto é de fundamental importância: o

ponto no qual a concentração de oxigênio atinge o

mínimo valor. Este é denominado o tempo crítico, e

a concentração de oxigênio, a concentração crítica.

O conhecimento da concentração crítica é

fundamental, pois é baseado nela que se estabelece

a necessidade do tratamento dos esgotos.

Caso ocorra uma concentração negativa de oxigênio

dissolvido, apesar de ser matematicamente possível,

não tem significado físico.

Passo 17 – Perfil de Oxigênio Dissolvido ao longo

do tempo e da distancia

Ct = Cs - K1 . Lo (e–k1.t – e-k2.t) + Do . e –k2.t

k2 – K1

A equação possibilitara plotar num diagrama o

perfil de oxigênio dissolvido ao longo do tempo (em

dias) e da distância (em quilômetros).

A velocidade média do rio deverá ser transformada

de m/s para Km/dia da seguinte forma: Velocidade

em km/d = velocidade em m/s (multiplicar por

86,40) – 0,35.86,4 = 30,24km/d

Preencher a tabela contendo os intervalos pré-

definidos de DISTÂNCIA (KM) E TEMPO (DIAS) e,

posteriormente, plotar os gráficos da Concentração

de oxigênio (Ct) em relação ao Tempo (t) e a

distancia (d).

Gabarito

Passo Resposta

1 2,00 mg/l

2 0,45d-1

3 0,566 d-1

4 2,21 d-1

5 2,49 d-1

6 7,5mg/l

7 5mg/l

8 6,72mg/l

9 0,78mg/l

10 1,0627

11 119,62mg/l

12 127,122mg/l

13 0,759d

14 22952,16m 23km

15 18,79mg/l

16 -11,29mg/l – 0,0mg/l

Distância (d) Km

Tempo (t) Dias t = __d__ = __d__ V 30,24

Concentração de Oxigênio (Ct) mg/l

0

1

2

3

4

20

70

80

90

100

120

140

160

5 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

GABARITO